Atom Yapısı ve Orbitaller

Atom Yapısı ve Orbitaller
01. Atom Yapısı ve Orbitaller
01.01. Orbitaller
01.01.01. s orbitali
01.01.02. p orbitalleri
01.01.03. d orbitali
01.01.04. f orbitali
02. Elektron Dağılımı
03. Elementlerin Periyodik Tablodaki Yerinin Bulunması
04. Elementlerin Periyodik Özellikleri
04.01 Atom Çapı
04.02. İyonlaşma Enerjisi
04.03. Elektron İlgisi
01. Atom Yapısı ve Orbitaller
Atom, merkezinde (+) yüklü çekirdek ve etrafında elektronlardan meydana gelmiştir. Atomlar
elektrikçe yüksüzdür ve temel tanecikleri protonlar, nötronlar ve elektronlardan oluşmuştur.
Taneciğin Adı
Proton
Nötron
Elektron
Sembolü
p
n
e
Bağıl Yükü
+1
0
-1
Yükü
1,6x10-19
0
-1,6x10-19
Kütlesi (g)
1,673x10-24
1,675x10-24
9,11x10-28
Bir elementin atom numarası (Z), proton sayısı (p) na eşittir. Yüksüz atomlarda, proton sayısı
(p) elektron sayısına (e) eşittir.
Kütle numarası (A) ise proton ve nötron sayılarının toplamına eşittir.
A= p + n
A
Z
X
şeklinde gösterilir.
Elektronları çekirdek etrafında bir bulut şeklinde göstermek mümkündür. Bulutların yoğun
olduğu yerlerde elektronların bulunma olasılığı fazladır ve bulutlar orbital olarak adlandırılır.
Orbitaller s, p, d, f harfleriyle isimlendirilir. Buna aynı zamanda açısal momentum kuantum
sayısı denir ve l harfi ile gösterilir.
Baş kuantum sayısı (n) orbitalin temel enerji düzeyini, n2 ise orbital sayısını verir. Her
orbitalde en fazla 2 elektron bulunur.
n =1 ise sadece s orbitali
n = 2 ise s ve p orbitali
n = 3 ise s, p, d orbitali
n = 4 ve yukarısında ise s, p, d, ve f orbitali bulunmaktadır.
01.01. Orbitaller
01.01.01. s orbitali
S orbitali küresel simetrik bir yapı gösterir . En fazla 2 elektron alır. Baş kuantum sayısı
büyüdükçe s orbitalinin enerjisi artar.
01.01.02. p orbitalleri
İkinci veya daha üst temel enerji düzeylerinde bulunur. Px, Py ve Pz olarak 3 orbitali vardır
ve toplam 6 elektrona sahiptir.
01.01.03. d orbitali
Üçüncü ve daha üst temel enerji düzeylerinde bulunur. 5 orbitali ve toplam 10 elektronu
vardır.
01.01.04. f orbitali
Dördüncü ve daha üst temel enerji düzeylerinde bulunur7 orbitali ve toplam 14 elektronu
vardır.
02. Elektron Dağılımı
Elektronlar orbitallere doldurulurken yukarıdaki sıra takip edilir.



11Na
Önce cekirdeğe en yakın olan en düşük enerjili olan 1s orbitalinden başlanır (Aufbau
kuralı)
Bir orbitalde en fazla iki elektron olabilir. Bu elektronların spinleri (dönme yönleri)
farklı olmalıdır (Pauli kuralı)
Hund kuralına göre eşit enerjili orbitallerin (px, py, pz)
her biri bir elektron
almadıkça ikinci elektronu almazlar.
1s2 2s22p63s1
27Co
46Pd
1s2 2s22p63s23p64s23d7
1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s24d8
Bazı elementlerin elektron dizilişleri Aufbau kuralına uymadığı görülmektedir. Bu
duruma örnek olarak 24Cr ve 42 Mo verilebilir.
24Cr
1s2 2s22p63s23p64s23d4
şeklinde bir elektron dağılımı yapması beklenirken
1s2 2s22p63s23p64s13d5
şeklinde bir dağılım gösterir.
Bunun sebebi n(s) ve (n-1)d orbitallerinin enerjileri birbirine çok yakındır. n(s) ve (n-1)d
orbitali yarı veya tam dolu olduğu zaman daha karalı olacağından dağılım bu şekilde olur.
42
Mo 1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s24d4
1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s14d5
olması beklenen elektron dağılımı
şeklinde olur.
Elementlerden elektron koparırken (iyonlaşma) baş kuantum sayısı en büyük olan
orbitalden elektron uzaklaştırılır.
Atomun elektron dizilişi yapıldıktan sonra baş kuantum sayısına göre tekrar sıraya dizilmesi
yapacağımız işlemler sırasında bize kolaylık sağlıyacaktır.
11Na
1s2 2s22p63s1
1+
11Na
1s2 2s22p6
Eğer baş kuntum sayıları eşit ise bu sefer en yüksek orbitalden elektron uzaklaştırılır.
31Ga
1s2 2s22p63s23p64s23d104p1
1s2 2s22p63s23p63d104s24p1
Bu elektron dizilişini yaptıktan sonra baş kuantum sayısına göre tekrar sıraya dizersek
en yüksek baş kuantum sayısında (4) iki orbital olduğu için (s, p) en yüksek enerjili orbital
olan p orbitalinden elektron uzaklaştırılır.
1+
31Ga
1s2 2s22p63s23p6 3d104s2
03. Elementlerin Periyodik Tablodaki Yerinin Bulunması
Elementin periyodik tablodaki yerini bulurken öncelikle elektron dizimi yapılır. Değerlik
elektronları toplamı o atomun hangi grupta olduğunu, baş kuantum sayısı da hangi peryotta
olduğuna dair bilgi verir.
s- bloku: Baş kuantum sayısı en büyük olan yörünge s orbitali ile bitmiştir. Bu 1A ve 2A
gruplarını içerir.
11Na
1s2 2s22p63s1
3.peryod 1A grubu (3s1)
p-bloku: Baş kuantum sayısı en büyük olan yörünge p orbitali ile bitmiştir. Bu 3A, 4A, 5A,
6A, 7A ve 8A gruplarını içerir.
35Cl
13Al
1s2 2s22p63s23p64s23d104p5
Baş kuantum sayısına göre sıraya dizilir.
1s2 2s22p63s23p63d104s24p5
4.peryod 7A grubu (4s24p5 )
1s2 2s22p63s2 3p1
3.peryod 3A grubu (3s23p1)
d-bloku: (n-1) elektron kabuğundaki (son kabuktan bir önce) d orbitalleri doludur. 3B, 4B,
5B, 6B, 7B, 8B, 1B ve 2B gruplarını kapsar.
24Cr
1s2 2s22p63s23p64s23d4
4. peryod 6B grubu (4s23d4 )
f-bloku: (n-2) elektron kabuğundaki f orbitalleri doludur. Lantanitler ve aktinitler bu bloğun
elementleridir.
04. Elementlerin Periyodik Özellikleri
04.01 Atom Çapı
Periyodik tabloda aynı grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe atom yarıçapı artar.
Baş kuantum sayısı arttıkça yörünge sayısı artar ve değerlik elektronları çekirdek tarafından
daha az çekilir.
Soldan sağa gidildikçe yeni yörünge eklenmediği için değerlik elektronların çekirdek
tarafından çekim kuvveti artacağı için atom çapı azalır.
04.02. İyonlaşma Enerjisi
Gaz halindeki nötr bir atomdan elektron koparmak için atoma verilmesi gereken enerjiye
iyonlaşma enerjisi denir.
Periyodik tabloda aynı grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe çekirdeğin
elektronları çekme kuvveti az olduğundan, son yörüngedeki elektronu koparmak için az
enerjiye ihtiyaç vardır. Bu nedenle iyonlaşma enerjisi azalır.
Soldan sağa doğru gidildikçe değerlik elektronların çekirdek tarafından çekim kuvveti
artacağı için son yörüngedeki elektronu koparmak için büyük bir enerjiye ihtiyaç vardır. Bu
nedenle iyonlaşma enerjisi artar.
04.03. Elektron İlgisi
Gaz halindeki nötr bir atomun bir elektron alarak negatif yüklü iyon haline geçerken açığa
çıkan enerjiye elektron ilgisi denir.
Periyodik tabloda aynı grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe elektron ilgisi
azalır. Fakat ikinci periyotta bir sapma olur. Bunun sebebi ise atom yarıçapları küçük olduğu
için elektronlar arası itme fazladır ve sebepten dolayı elektron eklemek zordur. Cl periyodik
tablodaki elektron ilgisi en büyük atomdur. Elektron ilgisi periyodik tabloda çok düzenli
değildir.